KR900003249B1 - Semiconductor wafer bonding method and structure thereof - Google Patents

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Abstract

Semiconductor wafers are bonded by projecting a central portion of a mirror surface of at least one wafer; opposing the two wafers and bringing their central portion mirror surfaces into contact; and enlarging the contact region from the centre out to the peripheries. The mirror surface of one wafer is projected conically towards the flattened mirror surface of the other.

Description

반도체웨이퍼의 접합방법 및 그 접합장치Bonding method of semiconductor wafer and bonding apparatus thereof

제 1 도는 본 발명에 관한 접합장치중 일부를 제외한 사시도.1 is a perspective view excluding some of the bonding apparatus according to the present invention.

제 2 도는 접합장치내에서 접합공정전의 배치상태를 나타내는 단면도.2 is a cross-sectional view showing an arrangement state before a joining process in a joining apparatus.

제 3 도는 접합공정직전의 접합장치를 나타내는 단면도.3 is a cross-sectional view showing a bonding apparatus immediately before the bonding step.

제 4 도는 접합공정시 접합장치를 나타내는 단면도.4 is a cross-sectional view showing a bonding apparatus in the bonding process.

제 5 도 내지 제 7 도는 접합공정을 나타내는 요부단면도이다.5 to 7 are sectional views of principal parts showing the bonding process.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

1 : 설치대 2 : 청정장치1: Mounting Table 2: Cleaner

3 : 밀폐상 4 : 모니터3: hermetic phase 4: monitor

5 : 원격조작부 6 : 회전아암용 브라켓트5: Remote control unit 6: Bracket for rotating arm

7 : X-Y테이블 8 : ITV카메라7: X-Y table 8: ITV camera

10 : 반도체웨이퍼의 접합기구 11 : θ축 구동용 펄스 모우터10: Bonding mechanism of semiconductor wafer 11: Pulse motor for driving θ-axis

12 : Z축 구동용 펄스모우터 13, 22 : 중공축12: Z-axis pulse motor 13, 22: hollow shaft

14, 15 : 나사기구 16, 23 : 구동기구14, 15: screw mechanism 16, 23: drive mechanism

17 : 지지부 18, 25 : 반도체웨이퍼의 붙잡음 기구17: support portion 18, 25: holding mechanism of semiconductor wafer

19, 26 : 평탄부 20, 27 : 관통구멍19, 26: flat part 20, 27: through hole

22 : 회전아암 28 : 도구22: rotating arm 28: tool

29 : 경사부 30 : 접촉감지기구29: inclined portion 30: contact detection mechanism

31 : 절연부 32 : 스프링31: insulation 32: spring

51 : 고무51: rubber

본 발명은 반도체웨이퍼 표면에 형성된 경면(鏡面)을 청정대기분위기에서 서로 마주보게 배치한 다음 밀착시켜 1체로 접합시켜주는 반도체웨이퍼의 접합방법 및 그 접합장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method of joining a semiconductor wafer and a joining apparatus for arranging mirror surfaces formed on a surface of a semiconductor wafer to face each other in a clean air atmosphere, and then bonding the mirror surfaces to one body.

반도체장치를 제조할 때에는 단결정반도체기판에다 기상 성장법으로 특정한 도전형을 갖는 반도체층을 형성시킨 다음 여기에 기능소자를 형성시키는 기술이 널리 사용되고 있는바, 이와같은 기상성장법에서는 밑바탕으로 되는 반도체 기판으로부터 바깥방향으로 확산하게 되는 불순물층이 혼입되는 것을 피하기 위해 여러가지 연구가 진행되고 있을 뿐만아니라 많은 특허가 출원되고 있는 실정에 있다.When manufacturing a semiconductor device, a technique of forming a semiconductor layer having a specific conductivity type on a single crystal semiconductor substrate by a vapor phase growth method and then forming a functional element therein is widely used. In such a vapor phase growth method, a semiconductor substrate is used. In order to avoid the incorporation of the impurity layer diffused outward from the outside, various studies have been conducted and many patents have been applied.

이와 같이 기상성장법을 써서 불순물농도가 다른 반도체층을 형성시켜 주게 되는 경우에는 표면 불순물농도를 정확하게 조정하는 것이 상당히 어려울 뿐만 아니라 또 퇴적법에 따르기 때문에 반도체층의 두께를 두껍게 하기도 어려웠다.As described above, in the case of forming a semiconductor layer having a different impurity concentration by using the vapor phase growth method, it is difficult to precisely adjust the surface impurity concentration and it is difficult to thicken the thickness of the semiconductor layer because of the deposition method.

한편, 최근의 반도체 시장수요는 내압이 큰 소자로 요구되고 있기 때문에, 이러한 관점에서 보면 상기 기상성장법은 반드시 만족할만한 기술이라고 말할 수 없다.On the other hand, the recent semiconductor market demand is required for devices with high breakdown voltage, and from this point of view, the vapor phase growth method cannot necessarily be said to be a satisfactory technology.

그런데, 일본국특허공보(소)49-26455호에 복수개의 반도체웨이퍼를 맞붙일 수 있는 기술이 개시되어져 있는바, 즉 경면을 연마한 실리콘웨이퍼를 산소와 질소 가스를 충만시켜놓은 분위기중에 배치해서 각 경면에다 1200℃의 온도로 30분동안에 걸쳐 산염화인을 불순물원으로 해서 인을 확산시킨 다음, 이렇게 인이 확산된 실리콘웨이퍼를 1150℃의 온도로 1시간동안 가열한 후 이들 주위를 진공 상태로 해서 150kg/cm2의 압력을 가하면서 1300℃의 온도로 압착시켜주게 되면 상기 경면이 맞붙혀진다고 기재되어 있다. 이와같이 고농도의 불순물층을 거쳐 실리콘웨이퍼를 맞붙일 수 있도록 되어 있으므로 글라스(glass)층을 사이에 끼운 반도체웨이퍼 주위를 진공상태가 되도록 한 후 고온에서 압력을 가해서 압착시켜주게 되는 방법에 비해 융점이 내려가기 때문에 실리콘웨이퍼가 부분적으로 용해되는 것을 방지할 수가 있어 주목할만한 기술이라고 생각된다.However, Japanese Patent Publication No. 49-26455 discloses a technique for joining a plurality of semiconductor wafers, that is, a silicon wafer polished with a mirror surface is arranged in an atmosphere filled with oxygen and nitrogen gas. In each mirror surface, phosphorus was diffused using phosphorus phosphate as an impurity source for 30 minutes at a temperature of 1200 ° C., and the silicon wafer thus diffused was heated to a temperature of 1150 ° C. for 1 hour, and then the surroundings were vacuumed. Is pressed at a temperature of 1300 ° C. while applying a pressure of 150 kg / cm 2 . In this way, the silicon wafer can be pasted through a high concentration of impurity layer, so that the melting point is lowered compared to the method of compressing the semiconductor wafer with a glass layer sandwiched therebetween by applying a pressure at a high temperature. This is a remarkable technology because it can prevent the silicon wafer from partially dissolving.

그리고, 상기 일본국특허공보(소)49-26455호에 개시되어져 있는 기술로는 연마해서 형성시켜 놓은 반도체웨이퍼의 경면에다 1200℃의 온도에서 불순물을 확산시키고난 다음 1300℃의 온도에서 압착시켜 양쪽경면을 맞붙이게 되어 있다.In the technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 49-26455, impurities are diffused at a temperature of 1200 ° C. on a mirror surface of a polished semiconductor wafer, and then pressed at a temperature of 1300 ° C. for both sides. It is supposed to work on a mirror surface.

이와같이 압착시킬때의 온도가 확산공정의 온도보다 높다는 사실은 확산불순물이 다시 확산될 것이라 예상되고 그 결과 불순물층의 표면농도가 어쩔수 없이 하게 된다.The fact that the temperature at the time of pressing is higher than the temperature of the diffusion process is expected to diffuse diffusion impurities again, and as a result, the surface concentration of the impurity layer is inevitably forced.

또 상기 반도체웨이퍼를 맞붙여 주기 위해서는 그 위치맞춤이 필요하게 되고 이를 진공상태에서 실현시켜 준다는 것은 대단히 어려우며, 설사 가능하다할지라도 장치가 무척 비싸져서 맞붙여진 웨이퍼의 가격도 비싸지게 된다는 결점이 발생하게 되었다.In addition, it is very difficult for the semiconductor wafer to be aligned, and it is very difficult to realize it in a vacuum state, and even if it is possible, the device is very expensive, and the price of the bonded wafer becomes expensive. It became.

본 발명은 상기와 같은 사정을 감안하여 발명된 것으로, 간편한 방법으로 정확하게 반도체웨이퍼를 접합시켜줄 수 있도록 된 반도체웨이퍼의 접합방법 및 그 접합장치를 제공함에 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a method of joining a semiconductor wafer and a joining apparatus, which enable the semiconductor wafer to be accurately bonded in a simple manner.

반도체웨이퍼표면을 연마하여 얻어지는 경면을 물로 씻은 다음 탈수처리를 해서 과잉수분을 제거한 후 청정분위기내에서 흡착수분을 반도체웨이퍼의 경면을 밀착시켜 접합시켜주도록 된 기술은 가히 본 출원인에 의해 일본국에 출원한 바 있고, 또 상기 반도체웨이퍼의 경면접합에서는 한쪽 반도체웨이퍼경면을 凸형태로 형성시킬 수 있는 도구를 사용하게 되면 양질의 접합을 할 수 있도록 된 것도 본 출원인에 의해 이미 일본국에서 출원된 바 있다.The technology to polish the mirror surface obtained by polishing the surface of the semiconductor wafer with water and then dewatering to remove excess moisture and then to adhere the adsorbed moisture to the mirror surface of the semiconductor wafer in a clean atmosphere is applied to Japan by the applicant. In addition, in the mirror-joining of the semiconductor wafer, the use of a tool capable of forming one surface of the semiconductor wafer in the shape of a wafer allows for a good quality bonding, which has already been filed in Japan by the present applicant. .

그런데, 이러한 접합기술에서는 그 경계면에서 빈틈(Void)이 발생되지 않도록 하기 위해 기포가 기어들지 않게 할 뿐만 아니라 먼지가 쌓이지 않도록 청정한 분위기가 필요하게 되고, 나아가 凸형태인 경면을 얻을 수 있도록 도구를 가지고 균일하게 압력을 부가시켜주어야만 효과가 나게 된다. 그런데 반도체웨이퍼를 반송하거나 붙잡아주는 것이 반드시 필요하게 된 제조장치의 자동화에 있어서는 상기 웨이퍼단면을 피반송부분이 되도록 하여 그 가장자리부분을 피하고 있다.However, in such a joining technique, in order to prevent voids from occurring at the interface, not only bubbles are crawled, but also a clean atmosphere is required so that dust does not accumulate. Only when pressure is added uniformly will the effect. By the way, in the automation of the manufacturing apparatus, in which it is necessary to convey or hold the semiconductor wafer, the edge of the wafer is avoided by making the wafer end surface a conveyed portion.

본 발명의 방법에서는 반도체웨이퍼의 개진되는 파편등에 따른 미소물의 발생을 방지하기 위해서 경면을 감압상태로 유지하고, 또 균등한 압력을 접촉면에다 가하기 위해 그 양쪽 반도체웨이퍼경면의 위치를 맞추어 주고나서 감압상태를 해제하는 방법을 채택했었다.In the method of the present invention, the mirror surface is kept in a reduced pressure state in order to prevent the generation of fine particles due to the debris and the like of the semiconductor wafer being opened, and the semiconductor wafer mirror surfaces are adjusted in a reduced pressure state after adjusting the positions of both surfaces of the semiconductor wafer in order to add an even pressure to the contact surface. Had adopted a way to turn it off.

상기한 방법을 실현하기 위한 장치는 청정분위기에다 설치해 놓아야만 하는데, 구체적으로 1쌍의 중공축(中空軸)을 수직방향으로 마주보면서 이동하도록 배치하고, 상기 중공축의 아랫쪽에는 이동거리조정장치를 부설시켜 놓는다. 여기서 상기 중공축끝에 배치되어 반도체웨이퍼를 붙잡도록 된 기구를 이용하여 반도체웨이퍼의 경면을 서로 마주보게 되므로 유지시켜주고, 또 상기 중공축에는 이를 이동시켜 주도록 된 구동기구를 설치해 놓으면서 , 상기 구동기구를 고정시켜 주고 있는 지지부를 설치해서 상기 중공축만큼만 이동되고 상기 지지부는 움직이지 않도록 된다. 그리고 상기 중공축끝에다 반도체웨이퍼 파지기구를 설치해 놓고서 여기에 반도체웨이퍼의 경면이 붙잡혀 있도록 유지하면서 양쪽경면이 접촉되는 시기를 판단하여 알려주고 접촉감지기구를 설치해 놓는데, 이들을 설치할때는 접합공정시 움직이지 않게 되는 상기 지지부와 움직이게 되는 상기 중공축의 한쪽에 고정된 절연부로 형성시키고, 상기 지지부에는 어떤 압력이 가해지도록 한다.An apparatus for realizing the above-described method should be installed in a clean atmosphere. Specifically, a pair of hollow shafts are disposed to face each other in the vertical direction, and a moving distance adjusting device is provided below the hollow shaft. Let it be. In this case, the mirror surfaces of the semiconductor wafers are faced to each other by using a mechanism disposed at the end of the hollow shaft to hold the semiconductor wafer, and the driving mechanism is provided while the driving mechanism is installed on the hollow shaft to move them. The support portion fixed is installed so that only the hollow shaft is moved, and the support portion does not move. At the end of the hollow shaft, a semiconductor wafer holding mechanism is installed and the mirror surface of the semiconductor wafer is held therein to determine when the two mirror surfaces are in contact with each other, and a contact sensing mechanism is installed. It is formed of an insulating part fixed to one side of the hollow shaft to be moved with the support, which is to be applied to some pressure.

그 일례로는 상기 지지부 및 절연부사이에 스프링을 설치하게 되면 그에 따라 아래쪽에 위치하는 중공축을 이동시켜 양쪽 반도체웨이퍼의 경면을 접촉시킬려면 위측의 중공축이 이동될 뿐만아니라 상기 절연부로 동시에 이동되기 때문에 상기 접촉감지기구가 동작하게 된다.For example, when the spring is installed between the support and the insulator, the hollow shaft of the upper side is moved as well as the insulator in order to move the hollow shaft located below and to contact the mirror surfaces of both semiconductor wafers. The contact sensing mechanism is operated.

또한 움직이지 않는 상기 지지부에는 어느 압력이상의 가해져서 다시 웨이퍼의 붙잡음기구에 붙잡혀진 반도체웨이퍼의 경면에 전달된다. 상기 반도체웨이퍼의 붙잡음기구의 끝은 압력이 변화됨에 따라 추종될 수 있는 재료로서, 상기 반도체웨이퍼의 경면을 따라 평탄부가 설치됨과 동시에 이를 관통하는 관통구멍이 복수개로 설치되어 있다. 따라서 상기 붙잡음 기구에는 도구를 설치할 수 있게 되고, 또 상기 평탄부를 마주보게 되는 도구부분에는 그 중앙부를 돌출시킨 경사부를 형성시켜 놓는다. 또한 상기 중공축은 감압기구에 연결되어 있는 한편 상기 구멍도 상기 감압기구에서 유동할 수 있도록 형성되어져 있기 때문에 상기 반도체웨이퍼의 경면이 상기 평탄부에 붙잡혀 있다가 감압해제에 따라 떨어져 나갈 수 있게 된다. 따라서, 상기 이동거리의 조정기구는 X, Y, Z축 및 각도조정도 가능할뿐만 아니라 복합적인 조정도 가능하게 된다.In addition, the support portion, which is not moving, is applied to a mirror surface of the semiconductor wafer which is applied to a holding mechanism of the wafer again by applying a pressure higher than a certain pressure. The end of the holding mechanism of the semiconductor wafer is a material that can be followed as the pressure changes, and a flat portion is provided along the mirror surface of the semiconductor wafer and a plurality of through holes penetrates the semiconductor wafer. Therefore, the holding mechanism can be provided with a tool, and the tool portion facing the flat portion is formed with an inclined portion protruding the central portion thereof. In addition, since the hollow shaft is connected to the pressure reducing mechanism and the hole is also formed to flow in the pressure reducing mechanism, the mirror surface of the semiconductor wafer is caught by the flat portion and can fall off upon decompression. Therefore, the adjustment mechanism of the movement distance is not only capable of adjusting the X, Y, Z axis and angle, but also allows complex adjustment.

이하 제 1 도 내지 제 4 도에 도시된 실시예에 따라 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the embodiments illustrated in FIGS. 1 to 4.

본 발명은 접합방법을 실현시킬 수 있는 접합장치에 대해서도 설명하겠지만 미묘한 접합방법을 자동화할 수 있는 것도 발명의 목표로 하고 있다.Although the present invention will be described with respect to a bonding apparatus that can realize a bonding method, it is also an object of the invention to be able to automate a subtle bonding method.

즉 본 발명의 접합장치에 따르면, 제 1 도에 도시되어 있듯이 설치대(1)에다 청정장치(2) 및 이에 접하는 밀폐상(3)을 설치하고, 그 내부에는 모니터(4)와 원격조작부(5), 회전아암용 브라켓트(6) 및 X -Y테이블(7)을 배치해서 상기 밀폐상(3)의 맨윗면으로부터 500mm의 위치에다 ITV카메라(8)를 설치해 놓는다.In other words, according to the bonding apparatus of the present invention, as shown in FIG. 1, a cleaning device 2 and a hermetic phase 3 in contact with the mounting table 1 are installed, and a monitor 4 and a remote control unit 5 are installed therein. ), The bracket for rotation arm 6 and the X-Y table 7 are arranged, and the ITV camera 8 is installed at a position of 500 mm from the top surface of the closed phase 3.

상기 청정장치(2)는 상기 밀폐상(3)의 배면에 설치되기 때문에 소위 다운슬로우방식으로 된 청정화와 비교해서 반도체웨이퍼의 경면에 먼지가 퇴적하게 되는 것을 피할 수 있음과 더불어 1급 이하의 청정도가 얻어지게 된다.Since the cleaning device 2 is installed on the rear surface of the closed phase 3, it is possible to avoid the accumulation of dust on the mirror surface of the semiconductor wafer as compared with the so-called downslow cleaning, and the degree of cleanliness of the first grade or less Is obtained.

여기서 상기 반도체웨이퍼의 접합기구(10)는 제 2 도에 도시되어 있듯이 상기 X -Y스테이지에 설치되는 부분(A)과 상기 회전아암용 브라켓트(6)에 설치되는 다른부분(B)으로 구성되는바, 상기 브라켓트(6)에 고정되는 다른부분(B)을 회전시켜 상기 X -Y 스테이지에 설치되는 부분(A)에다 적층시켜 반도체웨이퍼의 경면을 접합시킨다.Wherein the bonding mechanism 10 of the semiconductor wafer is composed of a portion (A) installed on the X-Y stage and the other portion (B) provided on the rotating arm bracket (6) as shown in FIG. The other part (B) fixed to the bracket (6) is rotated and laminated on the part (A) installed on the X-Y stage to bond the mirror surface of the semiconductor wafer.

그리고, 상기 회전아암용 브라켓트(6)는 제 2 도에 도시된 중공축(22) 및 그 지지기둥에 해당되고, X -Y 테이블(7)은 제 2 도에 도시된 X -Y 스테이지에 해당되게 된다.The rotating arm bracket 6 corresponds to the hollow shaft 22 and the supporting pillar thereof shown in FIG. 2, and the X-Y table 7 corresponds to the X-Y stage shown in FIG. Will be.

제 2 도는 상기 A 및 B부분이 일체화되어 있지 않는 상태를 나타내는 단면도이고, 제 3 도는 다른부분(B)을 회전시켜 상기 부분(A)과 조금떨어져 고정시킨 상태를 나타내는 단면도이며, 제 4 도는 상기 부분(A)과 다른부분(B)을 일체화시키는 공정 즉 접합공정시를 나타내는 단면도이다.FIG. 2 is a cross-sectional view showing a state in which the A and B portions are not integrated, and FIG. 3 is a cross-sectional view showing a state in which the other portion B is rotated to be fixed a little away from the portion A, and FIG. 4 is It is sectional drawing which shows the process of integrating part A and another part B, ie, the joining process.

제 1 도에서 설명한 이동거리의 조정기구(7)는 X -Y 테이블과 펄스모우터, 나사기구 및 프랜지를 구비하고 있다.The moving distance adjusting mechanism 7 described in FIG. 1 includes an X-Y table, a pulse motor, a screw mechanism, and a flange.

상기 X -Y 테이블에는 각각의 축을 구동시키는 펄스모우터가 탑재되는 바, Y축방향이동판에는 θ축 구동용펄스모우터(11) 및 Z축 구동용 펄스모우터(12)를 적층시켜 설치한다.The pulse motor for driving each axis is mounted on the X-Y table, and the θ-axis driving pulse motor 11 and the Z-axis driving pulse motor 12 are stacked on the Y-axis moving plate. do.

구체적으로는 수직방향으로 배치된 중공축(13)에 너트 및 나사를 매개로 부착시켜 주게 되는데, 상기 나사기구(14)(15)는 상기 펄스모우터(11)(12)에 각각 설치된다.Specifically, the nut and screw are attached to the hollow shaft 13 arranged in the vertical direction, and the screw mechanisms 14 and 15 are respectively installed in the pulse motors 11 and 12.

또 상기 중공축(13)은 수직방향으로 이동할 수 있도록 선형볼베아링을 조립한 구동기구(16)를 걸러 이들은 지지부(17)에 따라 고정되어진다. 따라서, 상기 지지부(17)는 상기 θ축 구동용펄스모우터(11)와 Z축구동용펄스모우터(12) 및 나사기구(14)(15)를 일체화시켜 주게 되는 것이다.In addition, the hollow shaft 13 is filtered along the drive unit 17 by filtering the drive mechanism 16 assembled with the linear ball bearing to move in the vertical direction. Accordingly, the support unit 17 integrates the θ-axis driving pulse motor 11, the Z-axis driving pulse motor 12, and the screw mechanisms 14 and 15.

따라서, θ축 구동용펄스모우터(11)에 의해 나사기구(14)가 동작되게 되어 A 부분에 설치된 반도체웨이퍼가 θ축을 중심으로 회전하게 되고, 또 Z축 구동용펄스모우터(12)에 의해 나사기구(14)는 리드스크류되게 되므로 A부분에 설치된 반도체웨이퍼가 Z방향으로 올라가거나 내려가게 된다.Therefore, the screw mechanism 14 is operated by the θ-axis driving pulse motor 11 so that the semiconductor wafer installed in the portion A rotates about the θ axis, and the Z-axis driving pulse motor 12 is rotated. As a result, the screw mechanism 14 becomes a lead screw, so that the semiconductor wafer installed in the A portion is raised or lowered in the Z direction.

그러므로 X -Y 테이블(7)에 의해 반도체웨이퍼는 전후좌우로 이동하게 되고, 이때 Z방향의 이동량은 나사기구(14)가 빠져나오지 않을 정도로 되어 있다.Therefore, the semiconductor wafer is moved back, front, left, and right by the X-Y table 7, and the amount of movement in the Z direction is such that the screw mechanism 14 does not come out.

한편, 상기 중공축(13)은 그 일단이 감압기구(도시되어 있지 않고 화살표만 기재)에 연결되는 한편 다른단이 반도체웨이퍼잡음기구(18)에 접속된다.On the other hand, one end of the hollow shaft 13 is connected to a decompression mechanism (not shown, only arrows) while the other end is connected to the semiconductor wafer noise mechanism 18.

또 상기 붙잡음기구(18)의 윗쪽끝은 압력변화에 따라 추종하게 되는 예컨대 고무재질로 이루어지고 , 또 수직방향으로 직교하는 방향을 따라 평탄부(19)를 형성시키며 그 위에 상기 평탄부(19)를 관통하는 관통구멍(20)이 복수개설치되어 상기 감압기구가 유통될 수 있도록 해서 상기 평탄부(19)에 실려져 있는 반도체웨이퍼의 경면을 붙잡고 있도록 되어 있다.The upper end of the catching mechanism 18 is made of, for example, a rubber material that follows the pressure change, and forms a flat portion 19 in a direction perpendicular to the vertical direction, and the flat portion 19 thereon. A plurality of through-holes 20 penetrating through the plurality of through holes 20 are provided so as to allow the pressure reducing mechanism to flow thereon so as to hold the mirror surface of the semiconductor wafer loaded on the flat portion 19.

상기 붙잡음기구(18)에는 상기 반도체웨이퍼의 경면중앙을 돌출시켜주는 도구를 설치해 놓은 경우도 있는데, 이러한 도구로서는 상기 평탄부(19)를 마주보게 되는 부분의 중앙을 돌출시켜 그 끝부분에다 경사부를 형성시켜주므로써 상기 감압기구와 상기 관통구멍의 유통을 저해시키기 않도록 배치시킨다.The catching mechanism 18 may be provided with a tool for protruding the mirror surface center of the semiconductor wafer. The tool protrudes the center of the portion facing the flat portion 19 so as to protrude the inclined portion at the end thereof. By forming it, it arrange | positions so that the flow of the said pressure reduction mechanism and a through hole may not be disturbed.

한편, 상기 회전아암용 브라켓트(6)에 회전할 수 있도록 설치해 놓은 회전아암(22)에는 상기 B부분을 고정시킨다. 이로부터 상기 중공축(13)에다 1쌍으로 이루어지는 중공축(22)을 배치해서 수직방향으로 이동되어질 수 있도록 구동기구(23)를 걸어 이를 지지부(24)로 고정시켜 일체화시키게 한다. 여기서 상기 구동기구(23) 선형볼베어링을 조립해서 형성시킨다. 또 상기 중공축(22)의 한쪽끝에는 반도체웨이퍼를 붙잡음기구(25)를 설치해서 붙잡음기구(18)에 붙잡혀져 있는 반도체웨이퍼 경면의 접합공정을 행할 수 있게 된다.On the other hand, the portion B is fixed to the rotating arm 22 installed to rotate the bracket 6 for the arm. From this, a pair of hollow shafts 22 are arranged on the hollow shafts 13 so that the driving mechanism 23 is hooked so as to be movable in the vertical direction so as to be fixed by the support 24 to be integrated. Here, the drive mechanism 23 linear ball bearings are assembled and formed. Further, at one end of the hollow shaft 22, a semiconductor wafer holding mechanism 25 is provided so that the semiconductor wafer mirror surface held by the holding mechanism 18 can be joined.

따라서, 상기 구조(25)는 상기 붙잡음기구(18)와 마찬가지가 되고, 평탄부(26) 및 복수개의 관통구멍(27)이 형성되어 있는 한편 도구(28)가 설치되어져 있는데, 이 도구(28)에는 전술한 바와같이 경사부(29)가 형성되여져 있다.Therefore, the structure 25 is the same as the catching mechanism 18, and the flat part 26 and the some through-hole 27 are formed, and the tool 28 is provided, but this tool 28 As described above, the inclined portion 29 is formed.

상기 중공축(22)의 다른쪽 끝이 감압기구(도시되어 있지 않고 화살표만 기재)에 연결되어 있어서 상기 관통구멍(27)과 유통될 수 있게 된다.The other end of the hollow shaft 22 is connected to a decompression mechanism (not shown, only arrows) so that it can be passed through the through hole 27.

본 실시예에서는 접촉감지기구(30)를 B부분에 설치해 놓고 있는 예시해 놓았으나 여기서는 접촉시에 가동부품이 떨어지는 소위 접촉센서를 이용하였다. 즉, 상기 구동기구(23)에 인접하여 상기 중공축(22)에 고리형태의 절연부(31)를 고정시켜 상기지지부(24)와 이 절연부(31)를 가지고 상기 접촉감지기구(30)를 형성시킨다.In the present embodiment, the contact sensing mechanism 30 is provided in the B portion, but the so-called contact sensor in which the movable parts fall during contact is used here. That is, the contact sensing mechanism 30 has the support portion 24 and the insulation portion 31 by fixing the ring-shaped insulation portion 31 to the hollow shaft 22 adjacent to the drive mechanism 23. To form.

제 3 도에 도시되어 있듯이 상기 기구에는 고정되는 부동의 지지부(24)에 압력이 가해지도록 상기 절연막(31)사이에다 스프링(32)을 걸어 놓으므로서 상기 중공축(22)이 이동함에 따라 상기 부품이 떨어짐과 동시에 상기 지지부에 걸려진 스프링단에 압력이 여분으로 가해져서 반도체웨이퍼의 경면에 압력이 전달된다.As shown in FIG. 3, as the hollow shaft 22 moves, the spring 32 is hung between the insulating layers 31 so as to apply pressure to the floating support 24 fixed thereto. At the same time as the component falls, an extra pressure is applied to the spring end caught in the support portion, so that pressure is transferred to the mirror surface of the semiconductor wafer.

접촉감지기구로서는 상기한 구조이외에도 접촉에 따라 응력을 검지하는 방식으로 된 것과 같은 기기도 있지만 여하튼 그 어느것도 적용할 수 있고 그 실시장소도 전술한 기재에 인정되지 않는다.As the touch sensing mechanism, in addition to the above-described structure, there are devices similar to those in which the stress is detected in accordance with the contact, but any of them can be applied, and the place of implementation thereof is not recognized in the above description.

다음에는 접합장치의 동작에 대해 설명한다.Next, the operation of the bonding apparatus will be described.

제 1 도에 도시된 원격조작부(5)의 스위치를 온상태로 하여 A부분 및 B부분의 감압기구를 가동시켜 상기 평탄부에 반도체웨이퍼 경면이 붙잡혀져 있게 한 다음 상기 회전아암(22)을 회전시켜 제 3 도 및 제 5 도에 도시되어 있듯이 상기 B부분을 상기 A부분보다 약 1mm위치에 정지시킨다. 이때 반도체웨이퍼의 유지는 예컨대 웨이퍼반경이 100mm인 경우 그 열을 곡률반경으로 300mm로 하게 된다.With the switch of the remote control unit 5 shown in FIG. 1 being turned on, the pressure reducing mechanisms of the A and B sections are operated so that the mirror surface of the semiconductor wafer is held on the flat portion, and then the rotating arm 22 is rotated. As shown in FIGS. 3 and 5, the portion B is stopped about 1 mm from the portion A. FIG. At this time, the holding of the semiconductor wafer, for example, when the wafer radius is 100 mm, the heat is set to 300 mm as the radius of curvature.

계속해서 상기 IVT카메라(8)에 따라 촬상되는 모니터(4)의 화면을 볼 수 있게 되므로 상기 원격조작부(5)의 여러방향 조작스위치에 따라 상기 반도체웨이퍼의 위치맞춤을 행하게 된다. 또 상기 조작은 X, Y 및 θ축조정을 상기 펄스모우터(11)(12)에 의해 행하게 되어 그 완료를 확인한 다음 다음공정의 Z축 상승으로 이동하게 된다.Subsequently, the screen of the monitor 4 captured by the IVT camera 8 can be viewed, so that the semiconductor wafer is aligned according to various direction operation switches of the remote control unit 5. In addition, the operation is performed by the pulse motors 11 and 12 to adjust the X, Y, and θ axes, and then move to the Z axis rise in the next step after confirming the completion.

이러한 조작의 정밀도는 X, Y축이 0.5mm이고 θ가 0.9로 되어 있다.The precision of this operation is 0.5 mm in the X and Y axes, and θ is 0.9.

전술한 위치맞추기는 ITV카메라(8)에 따라 상기 반도체웨이퍼 경면의 오리블러부분끝의 2점과, 상기 오리블러부분에 직각인 점과의 3점을 상기 모니터(4)에 사출시켜 상기 영상을 볼 수 있으므로 여러방향의 조작스위치에 따라 조작할 수 있게 한다.According to the ITV camera 8, the above-described positioning is performed by injecting two points of the tip of the orbiter portion of the mirror surface of the semiconductor wafer and three points of the point perpendicular to the orbiter portion to the monitor 4 to display the image. As it can be seen, it can be operated according to the control switch of various directions.

상기 Z축방향의 상승도 상기 원격조작부(5)의 스위치에 의해 윗쪽의 반도체웨이퍼 경면에다 아래쪽 반도체웨이퍼를 접촉시키면 상기 접촉감지기구(30)의 부품이 떨어지게 되고, 상기 신호에서 상기 중공축(13)의 이동거리를 측정하게 되므로 임의의 설정위치까지 상승함에 따라 접합압력의 하중을 관리하게 된다.The degree of elevation in the Z-axis direction, when the lower semiconductor wafer is brought into contact with the upper surface of the semiconductor wafer by the switch of the remote control unit 5, the components of the contact sensing mechanism 30 falls, and the hollow shaft 13 in the signal Since the moving distance of) is measured, it manages the load of the joint pressure as it rises to an arbitrary setting position.

상기 설정위치에서 상기 중공축(13)이 다르면 상기 감압기구가 해제되는 동시에 Z축 즉 상기 중공축(13)은 정지되어 있으므로 하강시켜 원점 복귀시키게 된다.If the hollow shaft 13 is different at the set position, the pressure reducing mechanism is released and at the same time, the Z axis, that is, the hollow shaft 13 is stopped, and then is lowered to return to the origin.

그후 상기 회전아암(22)은 역회전해서 원점복귀하게 되고, 그후 접합시킬 반도체웨이퍼를 꺼내게 된다.The rotary arm 22 then rotates in reverse to return to origin, and then takes out the semiconductor wafer to be bonded.

이어 반도체웨이퍼의 접합방법은 제 5 도 내지 제 7 도를 참조하여 설명한다.Next, a method of bonding a semiconductor wafer will be described with reference to FIGS. 5 to 7.

접합공정이전의 앞처리로는 경면연마와 수세 및 세정공정을 경우하게 하고, 2장의 반도체웨이퍼를 준비하여 그의 피접합면을 경면연마하여 표면의 거친정도를 500Å 이하로 형성시키게 한다.As a pretreatment prior to the joining process, mirror polishing, washing and washing are performed. Two semiconductor wafers are prepared, and the surface to be bonded is mirror polished to form a roughness of the surface of 500 kPa or less.

이때 반도체웨이퍼의 표면상태에 의하면 H2O2+H2SO4→HF→희석 HF처리로 계속해서 탈지 및 상기 반도체웨이퍼표면에 피착하는 착색막(Stain film)을 제거하게 된다.At this time, according to the surface state of the semiconductor wafer, degreasing and stain film deposited on the surface of the semiconductor wafer are continuously removed by H 2 O 2 + H 2 SO 4 ? HF? Dilution HF treatment.

계속해서 상기 반도체웨이퍼경면을 청정한 물로 수분정도 세정한 후 실온이전으로 스핀너(spiner) 처리와 같은 탈수처리를 하게 된다.Subsequently, the semiconductor wafer mirror surface is washed with clean water for a few minutes and then dehydrated such as spinner treatment before room temperature.

상기 처리공정은 상기 반도체웨이퍼 경면에 흡착되고 있다는 예상되는 과잉수분을 제거하고 있기 때문에 상기 흡축수분이 거의 확산되는 100℃이상의 가열건조를 피할 수 있게 된다.Since the treatment process removes the excess water that is expected to be adsorbed on the mirror surface of the semiconductor wafer, it is possible to avoid heating and drying at 100 ° C. or more in which the absorption water is almost diffused.

이러한 공정에서 반도체웨이퍼는 1급 이하의 청정분위기중에서 상기 접합기구에 의해 접합되는데, 전술한 바와같이 상기 붙잡음기구의 평탄부에 배치된후에는 상기 감압기구의 가동에 따라 반도체웨이퍼 경면을 유지할 수 있게 된다.In this process, the semiconductor wafer is bonded by the joining mechanism in a clean atmosphere of 1st class or less. As described above, after the semiconductor wafer is disposed in the flat portion of the catching mechanism, the semiconductor wafer mirror surface can be maintained in accordance with the operation of the decompression mechanism. do.

제 5 도에 도시되어 있듯이 상기 도구의 경사면과 상기 경탄부를 구성하는 고무(51)의 탄성력 및 상기 뚫린 구멍을 통해 감압(예컨대 102torr)에 따라 상기 반도체경면중앙이 돌출된 형상으로 된다. 그리고, 한쪽중공축(13)의 상기 평탄부에도 다른 반도체웨이퍼 경면이 마찬가지 원리로 유지되지만 전술한 바와같이 그 중앙부가 돌출된 경우와 평탄하게 되는 경우가 있게 된다. 이와같이 어떠한 경우에도 먼저 양쪽 반도웨이퍼 사이의 거리가 1mm정도의 근거리에 유지시켜 위치맞춤을 실행하게 된다.As shown in FIG. 5, the center of the semiconductor mirror surface is protruded according to the reduced pressure (for example, 10 2 torr) through the elastic force of the rubber 51 constituting the inclined surface of the tool and the hard part and the drilled hole. In addition, although the other semiconductor wafer mirror surface is maintained on the flat part of one hollow shaft 13 on the same principle, there may be a case where the center part is flattened as described above. In this case, the alignment is first performed by maintaining the distance between the two peninsula wafers at a distance of about 1 mm.

계속해서 전술한 바와같이 제 6 도 및 제 7 도에 도시되어 있듯이 하부의 스테이지를 상승시키므로써 중심부만 접촉시킨 후 상하의 Vac를 동시에 해제시켜서 반도체웨이퍼 전체를 접촉시키게 된다.Subsequently, as shown in FIGS. 6 and 7, as shown in FIGS. 6 and 7, the lower stage is raised to contact only the center portion, and the upper and lower Vacs are simultaneously released to contact the entire semiconductor wafer.

이러한 접합공정을 실시하여 양쪽 반도체웨이퍼가 일체로 되고 복합 반도체웨이퍼를 얻을 수 있게 되는바, 상기 접합공정에서는 상기 접촉감지기구의 동작에 의해 접촉압력을 균등하게 하는 외에 상기 감압기구의 동작해제에 의해 상기 경면중앙부로부터 그 주변쪽으로 향해서 접합시킬 수 있게 된다.By performing such a bonding process, both semiconductor wafers are integrated and a composite semiconductor wafer can be obtained. In the bonding process, the contact pressure is equalized by the operation of the contact sensing mechanism, and the deactivation of the pressure reducing mechanism is performed. It can be joined toward the periphery from the mirror central portion.

상기한 바와같이 본 발명의 접합공정은 빈틈의 발생을 방지할 수 있기 때문에 본 발명의 방법에서는 양쪽 반도체웨이퍼의 경면중앙부의 위치맞춤을 행하게 되고, 그후 중앙부로부터 주변쪽으로 향하여 접합을 실시하게 된다. 또 양쪽 반도체웨이퍼의 경면이 돌출되어 있는 경우에는 위치맞춤에 의해 기체가 말려드는 것을 방지하게 되고, 상기 접촉감지기구의 존재에 따라 접촉시의 압력을 균일하게 하기 때문에 빈틈의 발생을 감소시킬 수 있게 되므로 복합 반도체웨이퍼의 원료에 대한 제품비율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.As described above, the joining process of the present invention can prevent the occurrence of gaps, and according to the method of the present invention, the mirror surface center portions of both semiconductor wafers are aligned, and then the joining is performed from the center portion toward the periphery. In addition, when the mirror surfaces of both semiconductor wafers protrude, the gas is prevented from being rolled up by the alignment, and the pressure at the time of contact is made uniform according to the presence of the contact sensing mechanism, so that the occurrence of gaps can be reduced. Therefore, there is an advantage that can improve the product ratio for the raw material of the composite semiconductor wafer.

Claims (2)

경면연마하여 실리콘웨이퍼를 접합시키는 반도체웨이퍼의 접합방법에 있어서, 반도체웨이퍼에 형성된 경면을 청정분위기내에서 서로 마주보도록 배치시켜주는 공정과, 이렇게 서로 마주보는 반도체웨이퍼 경면을 감압상태로 유지시켜주는 공정, 상기 반도체웨이퍼 경면의 최소한 한쪽을 그 중앙부가 돌출되도록 변형시켜 주는 공정, 상기 반도체웨이퍼 경면의 중앙부접촉을 감지하는 공정 및, 상기 반도체웨이퍼 경면의 감압상태를 해제시켜주는 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 반도체웨이퍼의 접합방법.1. A method of bonding a semiconductor wafer to mirror a silicon wafer by mirror polishing, wherein the mirror surfaces formed on the semiconductor wafer are disposed to face each other in a clean atmosphere, and the steps of maintaining the mirror surfaces of the semiconductor wafers facing each other under reduced pressure. And deforming at least one side of the mirror surface of the semiconductor wafer such that its central portion protrudes, detecting a central portion contact of the mirror surface of the semiconductor wafer, and releasing a reduced pressure state of the mirror surface of the semiconductor wafer. Bonding method of a semiconductor wafer. 경면연마하여 실리콘웨이퍼를 접합시키는 반도체웨이퍼의 접합방법에 있어서, 청정분위기내에 배치되어 수직방향으로 서로 마주보도록 설치한 제 1 및 제 2 중공축과 이들 양 중공축에 연결되는 감압기구, 상기 제 1 및 제 2 중공축에 접속되는 웨이퍼붙잡음기구, 상기 붙잡음기구의 서로 마주보는 압력변화에 따라 변화되는 재료로 형성시켜 놓은 평탄부, 상기 제 1 및 제 2 중공축에 유통할 수 있도록 상기 평탄부를 관통해서 형성시킨 관통구멍, 적어도 한쪽의 상기 붙잡음기구내에 설치해 놓은 기구, 상기 평탄부를 마주보도록 상기 도구부분의 중앙부를 돌출시켜 형성시킨 경사부, 상기 제 1 및 제 2 중공축에 걸려 이동할 수 있도록 한 구동기구, 상기 구동기구를 고정시켜주는 지지부, 상기 제 1, 제 2 중공축의 어느쪽 하나에 걸리게 되는 접촉감지기구 및 상기 제 2중공축에 걸리게 되는 이동거리조정기구를 구비하고 있음을 특징으로 하는 반도체웨이퍼의 접합장치.1. A method of bonding a semiconductor wafer to mirror silicon wafers by mirror polishing, the method comprising: first and second hollow shafts disposed in a clean atmosphere and installed to face each other in a vertical direction, and a decompression mechanism connected to both hollow shafts, the first And a wafer holding mechanism connected to the second hollow shaft, a flat portion formed of a material that changes according to the pressure change of the holding mechanism, and the flat portion passing through the first and second hollow shafts. And a through hole formed by at least one of the holding mechanisms, an inclined portion formed by protruding a central portion of the tool portion so as to face the flat portion, and being driven so as to be caught by the first and second hollow shafts. A contact sensing mechanism that is caught by any one of a mechanism, a support for fixing the drive mechanism, and the first and second hollow shafts. And a moving distance adjusting mechanism that is caught by the second hollow shaft.
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